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能源、環境及化工等領域廣泛存在具有相變和反應的能質傳遞和轉化問題， 具有多區域、多場、傳遞與轉化等相互耦合的特點，是影響裝備性能的關鍵熱物 理問題，對提升性能至關重要。本項目針對上述領域中共性的多場耦合能質傳遞 機理反其強化和調控方法的前沿科學問題開展研究工作，取得了系列原創性研究 成果。主要發現點有： 一、 分區耦合多相傳遞可視化實驗方法及其機理與特性：創新了滯止流和通 流槽道內逸出速率及位點可控的液滴和氣泡動力學行為、變孔隙率網絡流道及其 與外部流場耦合的兩相流動、毛細阻力可調的多孔層內相變傳熱及含反應邊界的 兩相流及傳遞等可視化實驗方法。獲得了逸出液滴聚合衰減震蕩機理及規律；發 現了微孔逸出氣泡脫離后涌入和界面震蕩現象；揭示了具有壁面逸出氣泡的槽道 內兩相流規律；闡明了具有微孔層和結構缺陷的氣體擴散層內兩相分布特征；厘 清了反向式毛細蒸發器多孔層內相分布規律反其對相變傳熱的影響機理；揭示了 燃料電池內兩相流動和傳輸以及電化學反應的相互作用規律，獲得了流道水淹與 壓降之間的定量關系及膜電極表面溫度分布特性。 二、 多元多相分區耦合能質傳遞及轉化理論模型：建立了多場耦合固體基質 表面細胞吸附成膜理論模型，揭示了生物膜結構與能質傳遞及產氫/產電性能的 相互關系；建立了含生化反應的多孔填料床內多相能質傳遞的毛細管模型和多相 混合模型，闡明了流動和傳輸與生化反應的耦合特性，為固定化細胞生物反應器 性能預測提供了方法；建立了毛細結構材料內分區耦合相變傳熱理論模型，為反 向式毛細蒸發器和微槽膜狀凝結換熱提供了理論計算方法；提出燃料電池兩相傳 輸三維孔隙網絡模型和氣體有效擴散系數的分形模型，首次利用V0F方法模擬 了邊壁具有逸出液滴的燃料電池流道內細觀兩相流行為，揭示了多孔擴散層與流 場板流道內兩相流的耦合關系以及流道結構和工況參數對兩相流特性的影響規 律。 三、多場耦合能質傳遞強化及調控方法：基于分區耦合強化傳熱思想，提出 了三維肋表面和螺旋扭帶組合強化傳熱新方法；通過分區流動和傳遞強化與調控, 發展了三維柱狀陣列結構陽極微流體燃料電池，顯著提升了電池性能；利用石墨 烯表面修飾，實現了多孔電極內微生物產電菌電子轉移速率和活性生物量調控和 強化；創新性利用流場/濃度場/溫度場/光場的強化和調控，結合表面修飾和彌 散光導體技術，實現微生物生化轉化全過程強化；提出了通過外接電阻控制陽極 電勢誘導和調控生物膜結構，強化了質子傳輸，大幅提升了微生物燃料電池性能。

本發明公開了一種中溫太陽能?空氣能耦合系統，包括中溫太陽能集熱裝置、空氣源熱泵機組、中溫水箱、低溫水箱、吸收式制冷機組、燃氣爐，通過三進一出換向閥和一進三出換向閥，可以切換太陽能供暖、太陽能制冷、太陽能供熱水、燃氣供暖、燃氣制冷、燃氣供熱水、空氣源熱泵制冷、空氣源熱泵供暖、空氣源熱泵供熱水等運行模式，系統結構簡單，運行成本低，穩定可靠，節能效益顯著。

本發明公開了一種高速電主軸力-熱耦合建模方法，包括：分別 獲取軸承與主軸待結合的表面、以及主軸與軸承待結合的表面的工程 參數，并利用分形接觸理論以及赫茲接觸理論計算軸承與主軸之間結 合面的剛度和熱傳遞系數與接觸壓力和接觸間隙的映射模型，根據軸 承的結構參數和材料參數并使用軸承力學模型和軸承熱學模型獲得軸 承負載和溫度與剛度、軸承外圈接觸熱阻、軸承內圈接觸熱阻和發熱 功率之間的映射模型，計算主軸的電機熱源，計算主軸各表面散熱系 數，根據主軸的結構和上述結果構建有限元模型，讀取主軸的運行參 數，用有限元模型對運行參數進行處理。本方法能降低現有方法中結 合面所引起誤差、模型結合面及軸承力學和熱學參數不更新導致的誤 差。 

本發明公開了一種關節間柔性耦合的欠驅動手指，其中手指以滑輪為主要部件，手指內傳動機構采用張緊繩和防松繩依次纏繞于手指的各滑輪上，以及指節間的兩個耦合彈簧及拉繩，由此實現一個輸入完成手指多個自由度的運動。通過本發明，手指本體以及手指內傳動機構配合形成一個欠驅動手指，能夠精確實現抓取時的自適應能力，同時其內嵌入式的柔順性使該手指適用于在各類復雜應用環境的假肢手器械。

隨著人類對自然科學認識的不斷深入以及現代工業技術的不斷進步，特別是凝膠等軟物質的應用、鋰電池、燃料電池等技術的發展，人們逐漸認識到力熱與化學作用之間也存在著不可忽略的耦合作用。本成果完成人通過引入化學反應進度，基于非平衡態熱力學建立了一套適用于描述可變形固體材料質量傳遞、熱傳導以及化學反應耦合問題的力-熱-化連續介質理論框架，該理論適用范圍寬廣，針對包含化學反應的各演化過程有相應的耦合動力學控制方程。針對所建立力-熱-化多

本發明公開了一種高速電主軸力-熱耦合建模方法，包括：分別獲取軸承與主軸待結合的表面、以及主軸與軸承待結合的表面的工程參數，并利用分形接觸理論以及赫茲接觸理論計算軸承與主軸之間結合面的剛度和熱傳遞系數與接觸壓力和接觸間隙的映射模型，根據軸承的結構參數和材料參數并使用軸承力學模型和軸承熱學模型獲得軸承負載和溫度與剛度、軸承外圈接觸熱阻、軸承內圈接觸熱阻和發熱功率之間的映射模型，計算主軸的電機熱源，計算主軸各表面散熱系數，根據主軸的結構和上述結果構建有限元模型，讀取主軸的運行參數，用有限元模型對運行參數進

本發明公開了一種具有耦合電感的多電平級聯逆變器，其中， 有 N 個逆變單元并聯，每個單相 H 橋對應一個耦合電感，N≥2，且 N 為自然數；同一個單相 H 橋逆變單元的左橋臂側的上橋臂是第一功率開關管，同一個逆變單元的左橋臂側的下橋臂是第二功率開關管，同 一個單相 H 橋單元的右橋臂側的上橋臂是第三功率開關管，同一個單 相 H 橋單元的右橋臂的下橋臂是第四功率開關管，第一功率管、第二 功率管、第三功率管和第四功率管均為絕緣柵雙極性晶體管 IGBT；N 個耦合電感以循環對稱的結構連接。本發明在無需復雜

通過非飽和帶入滲井（注水井）進行人工補給，是含水層人工補給的重要方法之一。該方法主要適用于潛水面埋藏較深或地表覆蓋不利于人工補給的場地。預測人工補給過程中非飽和-飽和帶水流的響應、計算含水層的補給量是評價及設計人工補給方案的重要指標，傳統定量評價模型僅適用于飽和帶注水井流問題，缺少非飽和帶井流模型。因此，采用傳統模型評估考慮非飽和帶入滲井方式的人工補給方案時會引起較大誤差。 這項研究利用解析方法，開發了非飽和-飽和水流耦合的解析模型，用于評價非飽和帶入滲井引起的非飽和-飽和水流過程，計算含水層的補給量。研究結果發現，非飽和帶的儲水性對人工補給的效率有較大影響：儲水性小的非飽和帶在補給過程中水流可以很快達到穩定，注入井中的水流可以很快到達飽和帶，且大部分都可以存儲于飽和帶中，有利于人工補給；反之，則不利于采用非飽和帶入滲井的方式進行人工補給。同時，揭示井的結構和含水介質的各向異性僅會影響初期的飽和帶補給量，不影響后期穩定的補給量。傳統模型由于未考慮非飽和帶的儲水性質，會過高估計飽和帶的補給量。該解析模型為人工補給定量評價提供了重要的工具。

歐Ⅳ、歐Ⅴ汽油標準要求硫含量大幅降至<50-10ppm，并嚴格控制烯烴和芳烴含量，而中國汽油池中催化裂化（FCC）汽油占70%以上，是汽油池中硫和烯烴的主要來源，高清潔/辛烷值的催化重整（20%左右）、烷基化、異構化、醚化汽油組分較少，面臨巨大的投資、成本壓力，催化重整還存在與乙烯爭石腦油原料及芳烴含量限制等問題。目前中國燃料乙醇的生產成本居高不下，其中乙醇脫水的高能耗是制約其發展的關鍵瓶頸之一，同時，添加燃料乙醇也并不能從根本上解決煉油/汽油池中的這些關鍵瓶頸問題，并且乙醇汽油還存在雷德蒸汽壓升高、夏季對輕烴的部分擠出效應、對橡膠、塑料、金屬件有一定的溶脹、腐蝕作用，以及易產生相分離、保存期不長、需單獨的儲運配送系統等問題。因此迫切需要尋求能夠破解“汽油升級”、“乙醇汽油”等發展困局之良策。 而由乙醇制備ETBE/TAEE/THEE（乙基叔烷基醚），更是要面對多個難分離共沸物系的高能耗，并且還與異烯烴的高轉化率/選擇性/反應速率要求形成矛盾/制約，特別是可能影響到后繼化工過程如1-丁烯分離、烯烴異構化等對C4/C5的進一步深加工處理。通常分離過程占整個叔烷基醚制備投資的50%及能耗的90%以上，因此其較為高昂的能耗/成本是制約其推廣應用的關鍵瓶頸本技術運用價值工程原理，巧妙地將ETBE制備過程中的多重矛盾/制約，通過組合成一個具有杠桿作用的多重耦合/集成功能模塊： ·耦合分離純化ETBE/乙醇和含水乙醇，并可聯產無水乙醇（如1～3摩爾/摩爾ETBE）； ·可與現有主要ETBE生產技術進行組合/可利用現有主要裝置設備； ·可提高/保證異丁烯的轉化率/選擇性/反應速率，有利于后繼化工過程； ·可提高/保證ETBE的純度（乙醇<0.1～1%），便于直接加入汽油池； ·可顯著降低能耗/成本（比現有ETBE/乙醇分離技術降30～50%并省去脫水能耗）； ·特別有利于優化集成ETBE/TAEE/THEE制備過程（可比現有醇醚和/或乙醇脫水技術降低能耗/成本50～80%甚至以上）； ·撬動/提升煉油/汽油池系統的價值——FCC汽油可在深度加氫脫硫、降烯烴的同時提高辛烷值、降低雷德蒸汽壓，可大大減輕煉油系統的巨額投資壓力/降低汽油加工成本； ·煉油/汽油池杠桿效應：總量增加、價值提升、節省投資、使用方便； ·可增加輕烴——每百加侖汽油池以ETBE形式加入?加侖的乙醇可新增4.7：1的C4～C6輕烴，比乙醇直接加入的結果實際增加15倍體積，增加了ETBE的使用價值；E10雷德蒸汽壓比乙醇汽油組分油升高7KPa，而制備TAEE/THEE可直接降低雷德蒸汽壓～7Kpa； ·可減少芳烴、降低烷基化、異構化油用量——降低巨額投資壓力及加工成本； ·減少CO 2排放——以ETBE形式加入汽油比乙醇可多減排24kgCO 2 /MJ乙醇； ·便于直接在汽油池調和——不必改變現有儲運配送系統，可降低使用成本。 該技術已申請多項中國發明專利并已進入國際（PCT）階段。

目前汽車覆蓋件用鋁合金主要有5xxx系和6xxx系，其中可熱處理強化的6xxx系鋁合金不僅具有高的比強度、屏蔽性、散熱性和耐蝕性，還具有良好的成形性和烘烤硬化性能，同時易于回收，是目前汽車覆蓋件用鋁板的主要發展方向。 該項目采用傳統DC鑄造技術制備高品質汽車車身板用鋁合金鑄錠，通過先進的均勻化工藝技術調控鑄錠中過剩結晶相及彌散相粒子組態，為后續軋制變形及固溶再結晶提供微觀組織準備，該項目采用的固溶間斷淬火或固溶控制冷卻屬于國內乃至世界領先技術水平，該技術不僅可以減少鋁合金車身板熱處理精整部分的設備投資，還可以顯著縮短鋁合金生產工藝流線最終實現降低成本的目標。 如果以我國10%的轎車采用鋁制車身，以單車用鋁板量約100kg計算，我國每年需要鋁合金車身板25萬噸。若按鋁車身板售價4萬元/噸、利潤8000元/噸計算，將有100億元的市場空間和20億元的利潤空間。若考慮廂式貨車、大客車、輕型卡車及重卡用鋁板量，預計2016年我國汽車工業用鋁板帶需求有望達到50萬噸，將帶來200億元的市場空間和40億元的利潤空間。 若考慮國際市場，2014年歐洲車身用鋁板消費量為45萬噸，北美和日本車身用鋁板量超過60萬噸，國外鋁板需求量超過100萬噸。若按100萬噸計算，將有400億元的市場空間和80億元的利潤空間。本項目建設符合我國目前的國家產業政策，是國家和行業重點支持的發展領域。該項目的實施不僅有利于傳統材料領域高新技術的產業化，為企業提供新的經濟增長點，而且有利于促進人員就業、社會穩定和保護環境，對地方經濟和產業結構調整乃至社會穩定、節能環保可持續發展等具有重要的意義。